CN114552170A - 无线通讯装置及其印刷式双频天线 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及无线通讯装置及其印刷式双频天线。一种印刷式双频天线，包含：主要辐射部以及寄生辐射部。主要辐射部配置以于第一共振频率以及第二共振频率进行讯号收发。寄生辐射部配置以邻设于主要辐射部之一侧，且与主要辐射部间隔一间距而互相电性隔离，并与主要辐射部耦合共振以于第二共振频率进行讯号收发，其中寄生辐射部为接地之单极寄生天线。

Description

无线通讯装置及其印刷式双频天线
技术领域
本发明是关于天线技术，尤其是关于一种无线通讯装置及其印刷式双频天线。
背景技术
目前业界宽带天线设计中，大部分采用单极天线(monopole antenna)做为天线操作的类型，主要是因为其具有宽带特性、结构简单、容易制作以及近似全向性的辐射场型等优点，因此被广泛的应用于无线网络设备中。
然而，对于日益强调轻薄短小的通讯装置应用而言，天线可用区域相对受到局限，这类型宽带天线设计所需要的面积较大，俨然无法满足限制。
发明内容
鉴于先前技术的问题，本发明之一目的在于提供一种无线通讯装置及其印刷式双频天线，以改善先前技术。
本发明包含一种印刷式双频天线，包含：主要辐射部以及寄生辐射部。主要辐射部配置以于第一共振频率以及第二共振频率进行讯号收发。寄生辐射部配置以邻设于主要辐射部之一侧，且与主要辐射部间隔一间距而互相电性隔离，并与主要辐射部耦合共振以于第二共振频率进行讯号收发，其中寄生辐射部为接地之单极寄生天线。
本发明另包含一种无线通讯装置，包含：电路基板、接地平面以及印刷式双频天线。接地平面设置于电路基板上。印刷式双频天线包含：主要辐射部以及寄生辐射部。主要辐射部设置于电路基板上，配置以于第一共振频率以及第二共振频率进行讯号收发。寄生辐射部设置于电路基板上，配置以邻设于主要辐射部之一侧，且与主要辐射部间隔间距而互相电性隔离，并与主要辐射部耦合共振以于第二共振频率进行讯号收发，其中寄生辐射部为接地至接地平面之单极寄生天线。
有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图式作较佳实施例详细说明如下。
附图说明
图1显示本发明之一实施例中，一种无线通讯装置的俯视图；
图2显示本发明之一实施例中，无线通讯装置的立体图；
图3显示本发明之一实施例中，印刷式双频天线的频率响应示意图；
图4A显示本发明之一实施例中，印刷式双频天线在主要辐射部的延伸长度不同时的频率响应示意图；
图4B显示本发明之一实施例中，印刷式双频天线在寄生辐射部的延伸长度不同时的频率响应示意图；
图4C显示本发明之一实施例中，印刷式双频天线在匹配部的宽度不同时的频率响应示意图；
图4D显示本发明之一实施例中，印刷式双频天线在匹配部与接地平面的间距不同时的频率响应示意图；
图4E显示本发明之一实施例中，印刷式双频天线在主辐射部与寄生辐射部的间距不同时的频率响应示意图；
图5显示本发明之一实施例中，一种无线通讯装置的俯视图；
图6A显示本发明之一实施例中，图5的印刷式双频天线的频率响应示意图；以及
图6B显示本发明之一实施例中，图5的印刷式双频天线在弯折部的长度不同时的频率响应示意图。
具体实施方式
本发明之一目的在于提供一种无线通讯装置及其印刷式双频天线，在达到小面积的同时，仍能具有良好的天线辐射特性。
请同时参照图1以及图2。图1显示本发明之一实施例中，一种无线通讯装置100的俯视图。图2显示本发明之一实施例中，无线通讯装置100的立体图。无线通讯装置100包含电路基板110、接地平面120以及印刷式双频天线130。
于一实施例中，电路基板110为印刷电路板(printed circuit board；PCB)，并可具有例如，但不限于玻璃纤维的材质。接地平面120设置于电路基板110上。其中，接地平面120为例如，但不限于接地的金属平板。
印刷式双频天线130包含：主要辐射部140以及寄生辐射部150。
主要辐射部140设置于电路基板110上，配置以于第一共振频率以及第二共振频率进行讯号收发。
于一实施例中，主要辐射部140为单极主要天线，例如但不限于图1所示的L形天线，且L形天线包含配置以进行讯号传输的馈入端FP。其中，馈入端FP与接地平面120间具有一个间隙而电性隔离。
于另一实施例中，主要辐射部140亦可为倒F形主要天线(未绘示)。须注意的是，当主要辐射部140是以倒F形主要天线实现时，将同时包含与接地平面120电性隔离的馈入端以及与接地平面120电性连接的接地端。
于一实施例中，印刷式双频天线130更选择性地包含匹配部160，设置于电路基板110上，并配置以与主要辐射部140连接，以提供调整输入阻抗匹配的功效。
寄生辐射部150设置于电路基板110上，配置以邻设于主要辐射部140之一侧，且与主要辐射部140间隔间距S而互相电性隔离，并与主要辐射部140耦合共振以于第二共振频率进行讯号收发。其中，寄生辐射部150为单极寄生天线，例如但不限于图1所示的L形天线，且L形天线包含配置以接地至接地平面120的接地端GP。
请参照图3。图3显示本发明之一实施例中，印刷式双频天线130的频率响应示意图。其中，图3的横轴表示频率，且单位为吉赫。纵轴表示折返损失(return loss)，且单位为分贝。
如图3所示，包含三角形格点的线段S1表示仅有主要辐射部140存在时的频率响应，包含方形格点的线段S2表示仅有寄生辐射部150存在时的频率响应，而包含菱形格点的线段S3表示同时有主要辐射部140以及寄生辐射部150存在而共振时的频率响应。
由线段S1可知，当仅有主要辐射部140存在时，其10dB带宽为0.57吉赫(2.24-2.81吉赫)与1.41吉赫(6.28-7.69吉赫)。由线段S2可知，当仅有寄生辐射部150存在时，其10dB带宽为1.66吉赫(3.83-5.49吉赫)。
而由线段S3可知，当同时有主要辐射部140以及寄生辐射部150存在而共振时，10dB带宽在低频为1.02吉赫(2.28-3.30吉赫)，且在高频为2.63吉赫(4.92-7.55吉赫)。因此，藉由设置主要辐射部140以及寄生辐射部150，印刷式双频天线130除可满足原有WiFi 6的5吉赫频带(5.15-5.85吉赫)操作外，更能进一步涵盖WiFi 6E 6吉赫频带(5.925-7.125吉赫)的宽带需求。
在不同实施例中，印刷式双频天线130可藉由主要辐射部140、寄生辐射部150以及匹配部160的尺寸决定输入阻抗的大小，进而决定操作频率的大小。
请参照图4A。图4A显示本发明之一实施例中，印刷式双频天线130在主要辐射部140的延伸长度L不同时的频率响应示意图。其中，图4A的横轴表示频率，且单位为吉赫。纵轴表示折返损失，且单位为分贝。
如图4A所示，包含三角形格点的线段S1表示延伸长度L为18.7公厘时的频率响应，包含方形格点的线段S2表示延伸长度L为20.7公厘时的频率响应，而包含菱形格点的线段S3表示延伸长度L为22.7公厘时的频率响应。
由图4A可知，当延伸长度L越长时，可降低天线低频与高频操作频率。当延伸长度L由18.7公厘增长为22.7公厘时，天线低频操作频率可由3.40吉赫降低至2.87吉赫，天线高频操作频率则可由6.86吉赫降低至5.88吉赫。
请参照图4B。图4B显示本发明之一实施例中，印刷式双频天线130在寄生辐射部150的延伸长度P不同时的频率响应示意图。其中，图4B的横轴表示频率，且单位为吉赫。纵轴表示折返损失，且单位为分贝。
如图4B所示，包含三角形格点的线段S1表示延伸长度P为2公厘时的频率响应，包含方形格点的线段S2表示延伸长度P为4公厘时的频率响应，而包含菱形格点的线段S3表示延伸长度P为6公厘时的频率响应。
由图4B可知，当延伸长度P越大时，主要能降低天线高频操作频率。当延伸长度P由2.0公厘增长为6.0公厘时，天线操作频率可由6.49吉赫降低至5.74吉赫。综合第4A图与第4B图可知，本发明之印刷式双频天线130的主要辐射部140与寄生辐射部150可分别调整低频与高频共振频率。因此，只要适当的调整主要辐射部140与寄生辐射部150的操作频率落点，便能有效的达成双频且宽带天线操作的目的。
请参照图4C。图4C显示本发明之一实施例中，印刷式双频天线130在匹配部160的宽度W不同时的频率响应示意图。其中，图4C的横轴表示频率，且单位为吉赫。纵轴表示折返损失，且单位为分贝。
如图4C所示，包含三角形格点的线段S1表示宽度W为2.7公厘时的频率响应，包含方形格点的线段S2表示宽度W为3.7公厘时的频率响应，而包含菱形格点的线段S3表示宽度W为4.7公厘时的频率响应。
由图4C可知，改变匹配部160的宽度W可改变天线的输入阻抗，当宽度W由2.7公厘增长为4.7公厘时，可得到较佳的阻抗匹配。当匹配部160宽度W越大时，能有效地提供更多电流路径，使得天线输入阻抗变化较为缓和，而得到宽带的匹配。
请参照图4D。图4D显示本发明之一实施例中，印刷式双频天线130在匹配部160与接地平面120的间距G不同时的频率响应示意图。其中，图4D的横轴表示频率，且单位为吉赫。纵轴表示折返损失，且单位为分贝。
如图4D所示，包含三角形格点的线段S1表示间距G为1.0公厘时的频率响应，包含方形格点的线段S2表示间距G为1.5公厘时的频率响应，而包含菱形格点的线段S3表示间距G为2.0公厘时的频率响应。
由图4D可知，改变匹配部160与接地平面120的间距G，可改变天线高频的输入阻抗，当间距G由2.0公厘减少为1.0公厘时，可得到较佳的阻抗匹配。
请参照图4E。图4E显示本发明之一实施例中，印刷式双频天线130在主辐射部140与寄生辐射部150的间距S不同时的频率响应示意图。其中，图4E的横轴表示频率，且单位为吉赫。纵轴表示折返损失，且单位为分贝。
如图4E所示，包含三角形格点的线段S1表示间距S为0.3公厘时的频率响应，包含方形格点的线段S2表示间距S为0.5公厘时的频率响应，而包含菱形格点的线段S3表示间距S为0.7公厘时的频率响应。
由图4E可知，改变主辐射部140与寄生辐射部150的间距S，可改变主辐射部140与寄生辐射部150之间的耦合量，等效于改变天线的输入阻抗。当间距S由0.3公厘增加为0.7公厘时，可得到较佳的阻抗匹配。于一实施例中，间距S较佳的范围，是位于0.2公厘至0.8公厘。
于一数值范例中，电路基板110可具有厚度1.0公厘，且长宽为50公厘×30公厘。接地平面120的长宽为40公厘×30公厘。印刷式双频天线130的长宽仅为30公厘×10公厘。其中，主要辐射部140的延伸长度L为22.7公厘，匹配部160与接地平面120的间距G为1.0公厘，匹配部160宽度W为4.7公厘，寄生辐射部150的延伸长度P为4.2公厘，主辐射部140与寄生辐射部150的间距S为0.7公厘。然而本发明并不为此所限，而可随实际应用需求对各尺寸的大小进行调整。
请参照图5。图5显示本发明之一实施例中，一种无线通讯装置500的俯视图。类似于图1的无线通讯装置100，无线通讯装置500包含电路基板110、接地平面120以及印刷式双频天线130，且印刷式双频天线130包含主要辐射部140以及寄生辐射部150。然而于本实施例中，寄生辐射部150包含弯折部510。其中，弯折部510具有长度H。
请同时参照图6A及6B。图6A显示本发明之一实施例中，图5的印刷式双频天线130的频率响应示意图。其中，图6A的横轴表示频率，且单位为吉赫。纵轴表示折返损失，且单位为分贝。图6B显示本发明之一实施例中，图5的印刷式双频天线130在弯折部510的长度H不同时的频率响应示意图。其中，图6B的横轴表示频率，且单位为吉赫。纵轴表示折返损失，且单位为分贝。
由图6A可知，藉由弯折部510的设置以适当改变寄生辐射部150长度，印刷式双频天线130可达到超宽带天线的操作特性。其中，图5印刷式双频天线130的10dB阻抗带宽(fractional bandwidth；FBW)为108.8％(2.24-7.59吉赫)。
如图6B所示，包含三角形格点的线段S1表示长度H为1.0公厘时的频率响应，包含方形格点的线段S2表示长度H为2.0公厘时的频率响应，而包含菱形格点的线段S3表示长度H为3.0公厘时的频率响应。
由图6B可知，透过适当的改变寄生辐射部150的长度H，可改变印刷式双频天线130的中频操作频率，得到超宽带天线操作特性。当长度H介于2.0-3.0公厘之间，天线操作频率均能涵盖到WiFi 6E 6吉赫频带(5.925-7.125吉赫)的宽带需求。
在部分技术中为了提高天线的带宽，往往必须采用大面积的天线设计，无法适用于现在电子产品尺寸愈来愈小的需求。本发明的印刷式双频天线可藉由主辐射部双频操作的特性，进一步增加寄生辐射部的设计，透过相关尺寸的调适，即可达成宽带天线的操作特性。印刷式双频天线可在维持小尺寸的情形下，同时具有良好的天线辐射特性。
需注意的是，上述的实施方式仅为一范例。于其他实施例中，本领域的通常知识者当可在不违背本发明的精神下进行更动。
举例而言，于一实施例中，寄生辐射部的数目可为多个，且互相电性隔离。在一实施例中，以图1的无线通讯装置100为例，其他的寄生辐射部可设置于寄生辐射部150相对于主要辐射部140的另一侧且彼此间隔一距离设置，以达到所需的共振结果。于另一实施例中，图5所示寄生辐射部150包含的弯折部510的数目亦可为多个，以达到所需的共振结果。
虽然本发明之实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本发明，本技术领域具有通常知识者可依据本发明之明示或隐含之内容对本发明之技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求之专利保护范畴，换言之，本发明之专利保护范围须视本说明书之申请专利范围所界定者为准。
【符号说明】
100:无线通讯装置
110:电路基板
120:接地平面
130:印刷式双频天线
140:主要辐射部
150:寄生辐射部
160:匹配部
500:无线通讯装置
510:弯折部
FP:馈入端
G:间距
GP:接地端
H:长度
L:延伸长度
P:延伸长度
S:间距
S1～S3:线段
W:宽度

Claims (10)

1.一种印刷式双频天线，包含：
一主要辐射部，配置以于一第一共振频率以及一第二共振频率进行讯号收发；以及
一寄生辐射部，配置以邻设于该主要辐射部之一侧，且与该主要辐射部间隔一间距而互相电性隔离，并与该主要辐射部耦合共振以于该第二共振频率进行讯号收发，其中该寄生辐射部为接地之一单极寄生天线。
2.根据权利要求1所述之印刷式双频天线，其中该主要辐射部为一单极主要天线或一倒F主要天线。
3.根据权利要求2所述之印刷式双频天线，其中该单极主要天线为一L形天线。
4.根据权利要求1所述之印刷式双频天线，更包含一匹配部，设置于该电路基板上，配置以与该主要辐射部连接。
5.根据权利要求1所述之印刷式双频天线，其中该主要辐射部以及该寄生辐射部之一尺寸决定一输入阻抗的大小，进而决定一操作频率的大小。
6.根据权利要求1所述之印刷式双频天线，其中该间距配置以决定该主要辐射部以及该寄生辐射部间的一耦合量。
7.根据权利要求6所述之印刷式双频天线，其中该间距是位于0.2公厘至0.8公厘之范围内。
8.根据权利要求1所述之印刷式双频天线，其中该寄生辐射部的数目为多个，且互相电性隔离。
9.根据权利要求1所述之印刷式双频天线，其中该单极寄生天线包含一弯折部。
10.一种无线通讯装置，包含：
一电路基板；
一接地平面，设置于该电路基板上；以及
一印刷式双频天线，包含：
一主要辐射部，设置于该电路基板上，配置以于一第一共振频率以及一第二共振频率进行讯号收发；以及
一寄生辐射部，设置于该电路基板上，配置以邻设于该主要辐射部之一侧，且与该主要辐射部间隔一间距而互相电性隔离，并与该主要辐射部耦合共振以于该第二共振频率进行讯号收发，其中该寄生辐射部为接地至该接地平面之一单极寄生天线。
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